JP2013128062A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
従来、半導体基板(例えば、シリコン基板)やアルミニウム配線(アルミニウム膜)とコンタクトプラグとの接触抵抗を低減する目的で、コンタクトプラグのうち、半導体基板及びアルミニウム配線と接触する部分にチタン膜(Ti膜)が用いられている。 Conventionally, in order to reduce contact resistance between a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) or an aluminum wiring (aluminum film) and a contact plug, a titanium film (Ti film) is formed on a portion of the contact plug in contact with the semiconductor substrate and the aluminum wiring. ) Is used.
また、コンタクトプラグを構成するタングステン膜の成膜反応を安定させ、かつ下地層間絶縁層との密着性を確保するために、コンタクトプラグに構成要素の1つとして窒化チタン膜(TiN膜)が用いられている。 In addition, a titanium nitride film (TiN film) is used as one of the constituent elements in the contact plug in order to stabilize the film formation reaction of the tungsten film constituting the contact plug and to secure the adhesion with the underlying interlayer insulating layer. It has been.
また、タングステン膜を形成する際に用いるWF6ガスは、チタン(Ti)やシリコン(Si)或いはアルミニウム(Al)と反応して膜はがれを生じさせるため、これらの材料を窒化チタン膜(TiN膜)で覆い保護する必要がある。 Further, since the WF 6 gas used for forming the tungsten film reacts with titanium (Ti), silicon (Si), or aluminum (Al) to cause film peeling, these materials are used as titanium nitride films (TiN films). ) Must be covered and protected.
特許文献1には、コンタクト孔内にバリアメタルを介してタングステン膜を埋め込む際に、バリアメタル膜の膜剥がれを抑制する半導体装置の製造方法として、コンタクト孔を含む基板上面にチタン膜をスパッタ形成し、次いで、チタン膜上に窒素雰囲気中で高温のArガスで加熱しながら第1のチタンナイトライド膜をスパッタ形成し、次いで、第1のチタンナイトライド膜を被覆するように100%の窒素雰囲気中で第2のチタンナイトライド膜をスパッタ形成し、その後、チタン膜、第1のチタンナイトライド膜、及び第2のチタンナイトライド膜の積層膜からなるバリアメタル膜を介して、コンタクト孔をタングステン膜で埋め込むことが開示されている。 In Patent Document 1, as a method for manufacturing a semiconductor device that suppresses film peeling of a barrier metal film when a tungsten film is embedded in a contact hole through a barrier metal, a titanium film is formed by sputtering on the upper surface of the substrate including the contact hole. Then, a first titanium nitride film is sputter-formed on the titanium film while heating with a high-temperature Ar gas in a nitrogen atmosphere, and then 100% nitrogen so as to cover the first titanium nitride film. A second titanium nitride film is formed by sputtering in an atmosphere, and then contact holes are formed through a barrier metal film composed of a laminated film of a titanium film, a first titanium nitride film, and a second titanium nitride film. Is buried with a tungsten film.
特許文献2には、TiN膜上に良質なタングステン膜を成膜可能な製造方法として、シリコン基板上にシリコン酸化膜上を形成し、次いで、コンタクトホールの形状にパターニングして下地基板を作成し、次いで、露出したシリコン基板上、及びシリコン酸化膜上にスパッタ法により、膜厚30nmのTi膜を形成し、次いで、温度400℃、気圧1Torr、電力300Wの条件で、60秒間の窒素プラズマ処理を行い、Ti膜表面を窒化し、次いで、スパッタ法により膜厚50nmのTiN膜を成膜し、その後、CVD法により、TiN膜上に膜厚350nmのタングステン膜を成膜することが開示されている。 In Patent Document 2, as a manufacturing method capable of forming a high-quality tungsten film on a TiN film, a silicon oxide film is formed on a silicon substrate, and then patterned into a contact hole shape to form a base substrate. Next, a 30 nm-thick Ti film is formed on the exposed silicon substrate and silicon oxide film by sputtering, and then a nitrogen plasma treatment for 60 seconds under the conditions of a temperature of 400 ° C., an atmospheric pressure of 1 Torr, and a power of 300 W. And nitriding the surface of the Ti film, then forming a 50 nm thick TiN film by sputtering, and then forming a 350 nm thick tungsten film on the TiN film by CVD. ing.
また、特許文献2には、スパッタ法により、膜厚800nmのAl膜を形成し、該Al膜上に、スパッタ法により、膜厚30nmのTi膜(チタン膜)を形成し、次いで、温度400℃、気圧1Torr、電力300Wの条件で、60秒間の窒素プラズマ処理を行い、Ti膜表面を窒化し、次いで、スパッタ法により、膜厚100nmのTiN膜(窒化チタン膜)を形成し、次いで、TiN膜上に、プラズマCVD法により、シリコン酸化膜を形成し、コンタクトホールの形状にパターニングし、次いで、露出したTiN膜上、及びシリコン酸化膜上にスパッタ法により膜厚50nmのTiNを形成し、その後、CVD法により、TiN膜上に膜厚800nmのタングステン膜を成膜することが開示されている。 In Patent Document 2, an Al film having a thickness of 800 nm is formed by a sputtering method, and a Ti film (titanium film) having a thickness of 30 nm is formed on the Al film by a sputtering method. Nitrogen plasma treatment is performed for 60 seconds under the conditions of ° C., atmospheric pressure 1 Torr, and power 300 W, the Ti film surface is nitrided, and then a 100 nm thick TiN film (titanium nitride film) is formed by sputtering, A silicon oxide film is formed on the TiN film by a plasma CVD method and patterned into the shape of a contact hole, and then a 50 nm-thick TiN film is formed on the exposed TiN film and the silicon oxide film by a sputtering method. Thereafter, it is disclosed that a tungsten film having a thickness of 800 nm is formed on the TiN film by a CVD method.
しかしながら、特許文献1,2に記載の加熱処理を行わないと、シリコン上またはアルミニウム配線上に形成されたチタン膜を覆うチタンナイトライド膜の膜厚が不十分な箇所がある場合には、タングステン膜の膜はがれやWF6と反応してボルケーノが生じる恐れがあった。 However, if the heat treatment described in Patent Documents 1 and 2 is not performed, if there is a portion where the thickness of the titanium nitride film covering the titanium film formed on silicon or aluminum wiring is insufficient, tungsten there is a possibility that Volcano occurs react with membrane peeling and WF 6 of the membrane.
また、本発明者が鋭意検討を行ったところ、銅配線(Cu膜)上に、チタン膜(Ti膜)を接触させた状態で加熱処理(つまり、特許文献1,2の半導体装置の製造方法を適用すると)を行うと、Cu膜とTi膜との接触が不安定となるため、Ti膜を構成要素の1つとするプラグ(コンタクトプラグやビアプラグ等)と銅配線との間の接触抵抗が上昇し、半導体基板面内において該接触抵抗がばらついてしまうことが分かった。 In addition, when the present inventors diligently studied, heat treatment was performed in a state where a titanium film (Ti film) was in contact with a copper wiring (Cu film) (that is, a method for manufacturing a semiconductor device in Patent Documents 1 and 2). Is applied, the contact between the Cu film and the Ti film becomes unstable, so that the contact resistance between the plug (contact plug, via plug, etc.) having the Ti film as one of the constituent elements and the copper wiring is reduced. It has been found that the contact resistance varies within the surface of the semiconductor substrate.
また、窒化チタン膜(TiN膜)を銅配線(Cu膜)上に形成後、加熱処理を行うと、窒化チタン膜(TiN膜)のCuに対するバリア性が低下して、銅原子が拡散し易くなった。
これにより、プラグの底部のエレクトロマイグレーション(EM)耐性が低下すると共に、窒化チタン膜(TiN膜)表面におけるタングステン膜(プラグの母材)の核形成反応が不安定となり、タングステン膜の異常成長の要因となることが分かった。
Further, when a heat treatment is performed after the titanium nitride film (TiN film) is formed on the copper wiring (Cu film), the barrier property against Cu of the titanium nitride film (TiN film) is lowered, and copper atoms are easily diffused. became.
As a result, the electromigration (EM) resistance at the bottom of the plug is lowered, and the nucleation reaction of the tungsten film (plug base material) on the surface of the titanium nitride film (TiN film) becomes unstable, resulting in abnormal growth of the tungsten film. It turned out to be a factor.
本発明の一観点によれば、配線を覆う層間絶縁層にビアホールを形成し、該ビアホールにバリア層を介してプラグを形成する半導体装置の製造方法であって、前記バリア層を、第1の窒化チタン膜と、該第1の窒化チタン膜上に第2の窒化チタン膜と、順次積層させることで形成し、前記第2の窒化チタン膜は、前記第1の窒化チタン膜を形成する時よりも弱い指向性で形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method in which a via hole is formed in an interlayer insulating layer covering a wiring, and a plug is formed in the via hole through a barrier layer. A titanium nitride film and a second titanium nitride film are sequentially stacked on the first titanium nitride film, and the second titanium nitride film is formed when the first titanium nitride film is formed. A method for manufacturing a semiconductor device is provided, which is formed with a weaker directivity.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、配線を覆う層間絶縁層にビアホールを形成し、ビアホール内に、第1の窒化チタン膜を形成し、次いで、該第1の窒化チタン膜上に第1の窒化チタン膜を形成する時よりも弱い指向性をもって第2の窒化チタン膜を形成することで、第1及び第2の窒化チタン膜の形成に加熱処理を行うことなく、第1及び第2の窒化チタン膜を介して、ビアホールを埋め込むように、タングステン膜を埋め込んだ際、エレクトロマイグレーション(EM)耐性を確保した上で、タングステン膜の成膜に起因するボルケーノの発生を抑制可能となる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a via hole is formed in an interlayer insulating layer covering a wiring, a first titanium nitride film is formed in the via hole, and then a first titanium nitride film is formed on the first titanium nitride film. By forming the second titanium nitride film with a weaker directivity than when forming the first titanium nitride film, the first and second titanium nitride films can be formed without performing heat treatment on the first and second titanium nitride films. When a tungsten film is embedded so as to embed a via hole through the titanium nitride film 2, it is possible to suppress the occurrence of volcano caused by the formation of the tungsten film while ensuring the electromigration (EM) resistance. .
これにより、ビアホール内をタングステン膜で良好に埋め込むことができると共に、配線とプラグとの間の接触抵抗の半導体基板面内のばらつきを小さくでき、かつ良好な接触抵抗を得ることができる。 Thereby, the inside of the via hole can be satisfactorily filled with the tungsten film, variation in the contact resistance between the wiring and the plug can be reduced in the semiconductor substrate surface, and a good contact resistance can be obtained.
なお、ここでの「指向性が弱い」とは、スパッタ装置のターゲットと半導体基板との距離が近いことをいう。 Note that “weak directivity” here means that the distance between the target of the sputtering apparatus and the semiconductor substrate is short.
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置の寸法関係とは異なる場合がある。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description are for explaining the configuration of the embodiment of the present invention, and the size, thickness, dimensions, and the like of each part shown in the drawings are different from the dimensional relationship of an actual semiconductor device. There is.
(実施の形態)
図1〜図5は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図1〜図5を参照して、本実施の形態の半導体装置10(図5参照)の製造方法(具体的には、プラグ31の形成方法)について説明する。
(Embodiment)
1-5 is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device based on Embodiment of this invention.
With reference to FIGS. 1-5, the manufacturing method (specifically, the formation method of the plug 31) of the semiconductor device 10 (refer FIG. 5) of this Embodiment is demonstrated.
始めに、図1に示す工程では、周知の手法により、半導体基板11(例えば、単結晶シリコン基板)の主面11a(表面)に下地絶縁膜12(例えば、酸化シリコン膜(SiO2膜))を形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術により、下地絶縁膜12に溝14を形成する。
First, in the process shown in FIG. 1, a base insulating film 12 (for example, a silicon oxide film (SiO 2 film)) is formed on a
次いで、周知の手法(ダマシン法)により、溝14を埋め込む銅配線15を形成する。次いで、周知の手法(例えば、CVD法)により、下地絶縁膜12の上面12a及び銅配線15の上面15aを覆う層間絶縁層17を形成する。
次いで、銅配線15上に位置する層間絶縁層17に、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術により銅配線15の一部を露出するビアホール18を形成(開口)する。
Next, a
Next, a
次いで、後述する図2に示すチタン膜21を形成する前に、ビアホール18に露出された銅配線15の表面に形成された酸化物を除去する。具体的には、図1に示す構造体を水素雰囲気中にて還元処理するか、或いは、Arを用いたスパッタエッチングにより該酸化物を除去する。
Next, before forming a
次いで、図2に示す工程では、銅配線15の一部を実質的に完全に覆う部分を少なくとも有するようにチタン膜21を形成する。
具体的には、少なくともビアホール18の底面18a及び層間絶縁層17の上面17a(上表面)に指向性の強いスパッタチャンバー内でチタン膜21を形成する。ここでの「指向性が強いスパッタチャンバー」とは、スパッタ装置のTiターゲットと半導体基板11との距離が遠いスパッタチャンバーのことをいう。
Next, in the process shown in FIG. 2, the
Specifically, the
上記チタン膜21を形成する際には、基板バイアスが100ワット乃至400ワットとされたロングスロースパッタ法を用いる。基板バイアスが高すぎると(400ワットよりも大きいと)銅配線15とチタン膜21との接触抵抗が増加するため好ましくない。
When the
また、上記チタン膜21は、ビアホール18の底面18a(言い換えれば、ビアホール18に露出された銅配線15の表面)に形成される厚さが2nm乃至7.5nmとなるように形成するとよい。
また、チタン膜21は、少なくともビアホール18に露出された銅配線15の表面に形成されておればよく、ビアホール18の側壁面18bには成膜されない方がよい。
なお、図2では、一例として、ビアホール18の側壁面18bにチタン膜21が成膜されていない場合を図示している。
The
The
In FIG. 2, as an example, a case where the
このように、基板バイアスが100ワット乃至400ワットとされたロングスロースパッタ法を用いて、ビアホール18の底面18aに形成される厚さが2nm乃至7.5nmとなるようにチタン膜21を形成することで、銅配線15とチタン膜21との間の接触抵抗を低くすることができると共に、半導体基板11面内における該接触抵抗のばらつきを小さくすることができる。
As described above, the
次いで、指向性の強いスパッタチャンバー内で、ビアホール18の底面18aに形成されたチタン膜21(言い換えれば、チタン膜21のうち、銅配線15の一部(ビアホール18に露出された部分)を実質的に完全に覆う部分)上から、ビアホール18を区画する層間絶縁層17の側面17b(言い換えれば、ビアホール18の側壁面18b)を経由して層間絶縁層17の上面17a(表面)に延在する第1窒化チタン膜22を形成する。
Next, the
これにより、ビアホール18の底面18a及び層間絶縁層17の上面17aに形成されたチタン膜21と、チタン膜21が形成されていないビアホール18の側壁面18bと、が第1窒化チタン膜22で覆われる。
As a result, the
具体的には、ロングスロースパッタ法により、窒素雰囲気中の反応性スパッタを利用して、第1窒化チタン膜22を形成する。このときの基板バイアスとしては、400ワット乃至1000ワットを印加する。
第1窒化チタン膜22を形成する際に使用する上記基板バイアスでは、下層に形成されたチタン膜21よりも指向性が強くなるが、膜厚を厚くすることでビアホール18の底面18aに形成されたチタン膜21を覆うことができる。
Specifically, the first
The substrate bias used when forming the first
また、第1窒化チタン膜22は、ビアホール18の底面18aに配置されたチタン膜21上において、その厚さが15nm乃至30nmとなるように形成するとよい。
さらに、第1窒化チタン膜22を構成するチタンと窒素の組成比が1:1に近くなるように、第1窒化チタン膜22を形成するとよい。
The first
Further, the first
このように、基板バイアスとして400ワット乃至1000ワットを用い、ロングスロースパッタ法により、ビアホール18の底面18aに配置されたチタン膜21上において、厚さが15nm乃至30nmとなるように第1窒化チタン膜22を形成することで、ビアホール18の底面18aにおける第1窒化チタン膜22の被覆範囲を調整することができる。
As described above, the first titanium nitride is used so as to have a thickness of 15 nm to 30 nm on the
次いで、図3に示す工程では、第1窒化チタン膜22上に、第1窒化チタン膜22の形成に使用したスパッタチャンバーと比較して、指向性の弱いスパッタチャンバー(第1窒化チタン膜22の形成に使用したチャンバーとは別のチャンバー)内で第2窒化チタン膜24を形成する。
ここでの「指向性の弱いスパッタチャンバー」とは、スパッタ装置のTiターゲットと半導体基板11との距離が近い通常のチャンバーのことをいう。
Next, in the process shown in FIG. 3, a sputter chamber having a low directivity (of the first
The “sputter chamber with low directivity” here refers to a normal chamber in which the distance between the Ti target of the sputtering apparatus and the
具体的には、図3に示す工程では、ロングスロースパッタ法ではなく、通常のスパッタ法(具体的には、窒素ガスを用いた反応性スパッタ)により、層間絶縁層17の側面17b(ビアホール18の側壁面18b)から層間絶縁層17の表面17aに至る肩の部分17cに対応する第1窒化チタン膜22の部分を当該部分よりも厚い厚さを持って少なくとも覆うように、第2窒化チタン膜24を形成する。
Specifically, in the step shown in FIG. 3, the
これにより、ビアホール18内に、チタン膜21、第1窒化チタン膜22、及び第2窒化チタン膜24を有し、かつ第1窒化チタン膜22と、第2窒化チタン膜24と、がこの順で積層されたバリア層25が形成される。
Thus, the via
なお、指向性の強いスパッタチャンバーにおけるTiターゲットと半導体基板11の距離は、指向性の弱いスパッタチャンバーにおけるTiターゲットと半導体基板11の距離よりも遠い。
Note that the distance between the Ti target and the
図3に示す工程では、層間絶縁層17の上面17a及び肩の部分17cに形成された第2窒化チタン膜24の厚さが10nm乃至40nmとなるように、第2窒化チタン膜24を形成する。
また、第2窒化チタン膜24を構成するチタンと窒素の組成比が1:1に近くなるように、第2窒化チタン膜24を形成するとよい。
In the step shown in FIG. 3, the second
Further, the second
上記第2窒化チタン膜24は、後述する図4に示す工程において、タングステン膜27を形成する際に使用するプロセスガスであるWF6から層間絶縁層17の肩の部分17cから層間絶縁層17の上面17aに形成されたチタン膜21(言い換えれば、ビアホール18の上端部近傍から層間絶縁層17の表面に形成されたチタン膜21)を保護する機能を有する。
なお、第2窒化チタン膜24は、一定の膜厚で形成すればよく、一般的なスパッタ条件により形成できる。
The second
The second
次いで、図4に示す工程では、プロセスガスとしてWF6を用いたCVD法により、チタン膜21、第1窒化チタン膜22、及び第2窒化チタン膜24を介して、ビアホール18を埋め込むタングステン膜27を形成する。
このとき、層間絶縁層17の上面17aの上方に形成された第2窒化チタン膜24を覆うように、タングステン膜27が形成される。
Next, in the step shown in FIG. 4, the
At this time, the
次いで、図5に示す工程では、CMP法により、層間絶縁層17の上面17aに形成された不要なチタン膜21、第1窒化チタン膜22、及び第2窒化チタン膜24を除去して、研磨後のタングステン膜27の上面27aを層間絶縁層17の上面17aに対して位置にする。
Next, in the step shown in FIG. 5,
これにより、層間絶縁層17の上面17aが露出されると共に、チタン膜21、第1窒化チタン膜22、第2窒化チタン膜24、及びタングステン膜27により構成され、かつビアホール18を埋め込むプラグ31が形成される。プラグ31は、銅配線15と電気的に接続されている。
As a result, the
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、下地絶縁膜12に形成された銅配線15を覆う層間絶縁層17にビアホール18を形成し、次いで、少なくともビアホール18の底面18a及び層間絶縁層17の上面17aに指向性の強いスパッタチャンバー内でチタン膜21を形成し、次いで、チタン膜21上に指向性の強いスパッタチャンバー内で第1窒化チタン膜22を形成し、次いで、第1窒化チタン膜22上に指向性の弱いスパッタチャンバー内で第2窒化チタン膜24を形成し、その後、チタン膜21、第1窒化チタン膜22、及び第2窒化チタン膜24を介して、ビアホール18を埋め込むタングステン膜27を形成して、ビアホール18内にチタン膜21、第1窒化チタン膜22、第2窒化チタン膜24、及びタングステン膜27よりなるプラグ31を形成することで、チタン膜21、第1窒化チタン膜22、及び第2窒化チタン膜24の形成に加熱処理を行うことなく、エレクトロマイグレーション(EM)耐性を確保した上で、タングステン膜27の成膜に起因するボルケーノの発生を抑制可能となる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, via
これにより、ビアホール18内をタングステン膜27で良好に埋め込むことができると共に、銅配線15とプラグ31との間の接触抵抗の半導体基板11面内のばらつきを小さくでき、かつ良好な接触抵抗を得ることができる。
As a result, the inside of the via
なお、本発明においては、先に指向性の強い条件で第1窒化チタン膜22を形成し、その後、指向性の弱い条件で第2窒化チタン膜24を形成することが非常に重要である。
In the present invention, it is very important to first form the first
ところで、指向性の弱い条件を用いて第1の窒化チタン膜を形成すると、ビアホール18の上端近傍で第1の窒化チタン膜によりオーバーハング形状が形成されてしまう。
このように、オーバーハング形状とされた第1の窒化チタン膜を形成後に、指向性の強い条件で第2の窒化チタン膜を成膜すると、ビアホール18の底面18aのパターン端部でのカバレージが悪くなり、膜はがれを誘発してしまう。
By the way, when the first titanium nitride film is formed using conditions with low directivity, an overhang shape is formed by the first titanium nitride film in the vicinity of the upper end of the via
As described above, when the second titanium nitride film is formed under a highly directional condition after the first titanium nitride film having an overhang shape is formed, the coverage at the pattern end of the
したがって、半導体基板11面内のばらつきが少なく、かつ良好なプラグ31の抵抗値を得るためには、先に指向性の強い条件で第1窒化チタン膜22を形成し、その後、指向性の弱い条件で第2窒化チタン膜24を形成することが非常に重要である。
Therefore, in order to obtain a favorable resistance value of the
なお、本実施の形態では、プラグ31の下端が接続される配線の一例として、銅配線15を例に挙げて説明したが、銅配線15に替えてアルミニウム配線(図示せず)を形成し、次いで、アルミニウム配線を覆う層間絶縁層17を形成後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術によりアルミニウム配線の一部を露出するビアホール18を形成(開口)し、その後、図2〜図5に示す工程を順次行うことで、アルミニウム配線上にプラグ31を形成してもよい。
In the present embodiment, the
この場合、特許文献1,2では必要であった加熱処理を行うことなく、タングステン膜27の膜はがれやWF6と反応してボルケーノが生じることを抑制可能となる。
これにより、ビアホール18内をタングステン膜27で良好に埋め込むことができると共に、アルミニウム配線とプラグ31との間の接触抵抗の半導体基板11面内のばらつきを小さくでき、かつ良好な接触抵抗を得ることができる。
In this case, it is possible to prevent volcano from reacting with the peeling or WF 6 of the
Thereby, the inside of the via
また、図示していないシリコン上(具体的には、ドープドポリシリコン膜上やイオン注入方により単結晶シリコン基板に形成された不純物拡散領域上)に、本実施の形態のプラグ31の形成方法と同様な手法により、プラグ31を形成してもよい。
Also, the method for forming
この場合、特許文献1,2では必要であった加熱処理を行うことなく、タングステン膜27の膜はがれやWF6と反応してボルケーノが生じることを抑制可能となる。
これにより、ビアホール18内をタングステン膜27で良好に埋め込むことができると共に、シリコンとプラグ31との間の接触抵抗の半導体基板11面内のばらつきを小さくでき、かつ良好な接触抵抗を得ることができる。
In this case, it is possible to prevent volcano from reacting with the peeling or WF 6 of the
Thereby, the inside of the via
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and within the scope of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible.
例えば、本実施の形態では、銅配線15と接触する金属膜としてチタン膜21を例に挙げて説明したが、チタン膜21の替わりに、指向性の強いスパッタチャンバー内で、Ta膜、W膜、Ru膜、Co膜、Mo膜、Zr膜、V膜、Nb膜、Cr膜、Sn膜のうち、少なくとも1種よりなる膜を形成してもよい。この場合、本実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、バリア層25は、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭化物を含有してもよい。
For example, in the present embodiment, the
本発明は、半導体装置の製造方法に適用可能である。 The present invention is applicable to a method for manufacturing a semiconductor device.
10…半導体装置、11…半導体基板、11a…主面、12…下地絶縁膜、12a,15a,17a,27a…上面、15…銅配線、17…層間絶縁層、17b…側面、17c…肩の部分、18…ビアホール、18a…底面、18b…側壁面、21…チタン膜、22…第1窒化チタン膜、24…第2窒化チタン膜、25…バリア層、27…タングステン膜、31…プラグ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記バリア層を、第1の窒化チタン膜と、該第1の窒化チタン膜上に第2の窒化チタン膜と、順次積層させることで形成し、
前記第2の窒化チタン膜は、前記第1の窒化チタン膜を形成する時よりも弱い指向性で形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a via hole is formed in an interlayer insulating layer covering a wiring, and a plug is formed in the via hole via a barrier layer,
The barrier layer is formed by sequentially laminating a first titanium nitride film and a second titanium nitride film on the first titanium nitride film,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second titanium nitride film is formed with a weaker directivity than when the first titanium nitride film is formed.
前記配線の一部を実質的に完全に覆う部分を少なくとも有するチタン膜を形成する工程と、
前記チタン膜の前記部分上から、前記ビアホールを区画する前記層間絶縁層の側面を経由して前記層間絶縁層の表面に延在する第1窒化チタン膜を形成する工程と、
前記層間絶縁層の前記側面から前記表面に至る肩の部分に対応する前記第1窒化チタン膜の部分を当該部分よりも厚い厚さを持って少なくとも覆う第2窒化チタン膜を形成する工程と、
前記チタン膜ならびに前記第1及び第2窒化チタン膜を介して前記ビアホールを導電体で埋める工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a via hole in an interlayer insulating layer covering the wiring to expose a part of the wiring;
Forming a titanium film having at least a portion that substantially completely covers a part of the wiring;
Forming a first titanium nitride film extending from the portion of the titanium film to the surface of the interlayer insulating layer via a side surface of the interlayer insulating layer defining the via hole;
Forming a second titanium nitride film covering at least a portion of the first titanium nitride film corresponding to a shoulder portion from the side surface to the surface of the interlayer insulating layer with a thickness greater than that portion;
Filling the via hole with a conductor via the titanium film and the first and second titanium nitride films;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
少なくとも前記ビアホールの底面および前記層間絶縁層の表面に指向性の強いスパッタチャンバー内でチタン膜を形成する工程と、
チタン膜上に前記指向性の強いスパッタチャンバー内で第1窒化チタン膜を形成する工程と、
前記第1窒化チタン膜上に指向性の弱いスパッタチャンバー内で第2窒化チタン膜を形成する工程と、
前記第2窒化チタン膜上にタングステン膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Opening a via hole in an interlayer insulating layer covering the copper wiring on the semiconductor substrate;
Forming a titanium film in a highly directional sputtering chamber at least on the bottom surface of the via hole and the surface of the interlayer insulating layer;
Forming a first titanium nitride film on the titanium film in the highly directional sputtering chamber;
Forming a second titanium nitride film on the first titanium nitride film in a low directivity sputtering chamber;
Forming a tungsten film on the second titanium nitride film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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